细胞因子风暴导致的免疫过度反应对人类健康构成了严重威胁。在每年因机械损伤而死亡的500万人中，超过30%的病例与免疫系统的异常活动有关。相比之下，尽管植物更容易遭遇机械损伤，但它们很少经历类似的免疫过度反应。如何维持和调控防御机制以避免过度免疫一直是植物生物学研究中的一个重大问题！
2024年12月，山东农业大学李传友教授团队在国际著名学术期刊Developmental Cell发表了一篇题为“Antagonistic systemin receptors integrate the attenuation with activation of systemic wound signaling in tomato”的研究论文，该研究揭示了番茄中的两个系统素受体蛋白——SYR1（Systemin receptor 1）和SYR2的功能相互拮抗，作为感受受伤程度的传感器，协同调控植物全身性防御反应的启动、放大及消减。这确保了防御反应能够及时启动并适当地终止，从而避免了类似于动物中的免疫过度反应，并为提高作物产量和抗病性的育种提供了理论基础。
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现代生物育种面临的主要挑战之一是适应性补偿现象（fitness cost），即植物生长和防御之间的权衡效应，使得高产和高抗性状难以同时优化。另一个挑战是不同基因型植物再生能力的差异，这对生物育种的发展造成了限制。解决这两个瓶颈依赖于对植物免疫机制和器官再生原理的深入理解。
由于植物不能移动，它们比动物更易受到机械损伤。然而，植物在进化过程中发展出了复杂且高效的应对策略。一方面，植物能快速激活防御反应并精准地控制免疫稳态，避免过度免疫；另一方面，植物能够有效地进行组织修复和再生，即使是在严重的机械损伤之后。
番茄作为一种经典的模式植物，用于研究植物对伤害的响应。Clarence Ryan教授的研究确立了系统素和茉莉酸在植物全身性防御中的作用，并提出了系统素可能是长距离信号分子的观点。李传友教授团队通过一系列研究，进一步阐明了系统素和茉莉酸在植物防御中的具体作用机制，证明茉莉酸而非系统素是长距离信号分子，并揭示了系统素增强和放大下游茉莉酸介导的防御反应的方式。
最近，李传友团队鉴定出系统素的两个受体——SYR1和SYR2。SYR1正向调控系统素信号传导和全身性防御，而SYR2则起到负向调控的作用。当植物受伤时，系统素浓度增加，促进SYR1与共生体SERK3a的互动，启动并放大全身性防御。随着系统素浓度的升高，SYR2会竞争SYR1与SERK3a的结合，从而减少防御反应。这种机制保证了防御反应既不过度也不不足，维护了植物的免疫平衡。
此外，SYR2的敲除抑制了植物的生长，而SYR1的敲除则促进了生长。这项研究不仅解释了植物如何维持免疫稳态的分子机制，还为打破高产和高抗性状之间的负面关联提供了潜在的基因靶点。对于植物而言，“免疫稳态”和“器官再生”是生存的关键。系统素和再生因子分别调控这两个方面，确保植物既能有效防御又能再生恢复。这些发现不仅有助于克服作物育种中的两大难题，也为人类健康和医学研究提供了宝贵的参考。
李传友团队已毕业的博士生周科、吴芳明副研究员、邓磊教授和清华大学肖裕博士为该论文共同第一作者。李传友教授、邓磊教授和李常保研究员为共同通讯作者。密歇根州立大学Gregg A. Howe院士、西湖大学柴继杰教授、西湖实验室韩志富研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所褚金芳研究员、辛培勇博士和闫吉军博士参与了该研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和泰山番茄创新研究院的资助。
